DE19816788C1 - Verfahren zum Ablenken und Abscheiden von in einem Rauchgasstrom enthaltenen Partikeln und Anwendung des Verfahrens - Google Patents

Abstract

Es ist ein Verfahren zum Ablenken und Abscheiden von in einem Rauchgasstrom enthaltenen Partikeln beschrieben. Um Rauchgas von darin enthaltenen Partikeln, insbesondere Partikeln mit einem Durchmesser kleiner als 5 mum weitestgehend zu reinigen, so daß das Rauchgas in einer Gasturbinenanlage verwendet werden kann, wird vorgeschlagen, daß die Partikel in einem Temperaturbereich, in welchem sie in flüssigem Zustand vorliegen und elektrisch geladen sind, durch Einwirkung eines magnetischen Feldes aus der Strömungsrichtung des Rauchgases abgelenkt werden. Insbesondere können die aufgeladenen, flüssigen Partikel durch magnetische Felder so geführt oder abgelenkt werden, daß ein Niederschlagen der Partikel an kritischen Stellen, wie z. B. an den Schaufelblättern einer Gasturbine verhindert wird. Ferner ist eine bevorzugte Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens angegeben.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ablenken und Abscheiden von in einem Rauchgasstrom enthaltenen Partikeln sowie die Anwendung eines solchen Verfahrens.

Vielfach besteht die Notwendigkeit, Gase bei Verbrennungsprozessen zu reinigen. In der Praxis wird dies z. B. durch filtrierende Einbauten oder elektrostatische Filter erreicht. Die zu reinigenden Gase können dabei unter Druck stehen und hohe Temperaturen aufweisen.

Die Reinigung von Heißgasen spielt insbesondere bei Gasturbinenprozessen eine Rolle. Gasturbinen können bisher nur mit gasförmigen und flüssigen Brennstoffen betrieben werden. Der Einsatz von festen Brennstoffen (Stein- oder Braunkohle) ist wegen der in den Rauchgasen verbleibenden mineralischen Bestandteile der Kohle problematisch, die in einen Temperaturbereich von 1100-1900°C als Flüssigasche anfallen und eine Schädigung der Turbinenwerkstoffe durch einen erosiven und korrosiven Angriff herbeiführen. Daher ist es erforderlich, diese Partikel aus dem Rauchgas vor dem Einsatz in einer Gasturbine zu entfernen, um ausreichend lange Standzeiten der Gasturbine zu erreichen.

Bei den bisher bekannten Reinigungsverfahren, wie z. B. Zyklonen, handelt es sich vorwiegend um Massenkraftabscheider. Diese sind geeignet, Teilchen mit einem Durchmesser größer als etwa 1-5 µm aus dem Rauchgas abzutrennen. Partikel mit einem kleineren Durch­ messer sind mit diesen Reinigungsverfahren nur unzureichend oder gar nicht abzuscheiden, da sie eine sehr kleine Masse aufweisen.

Aus der EP 0 733 405 A1 ist eine Vorrichtung zur Reinigung eines Heißgasstroms bekannt, der diamagnetische, paramagnetische und/oder ferromagnetische Feststoffteilchen enthält. Diese bekannte Vorrichtung ist insbesondere für die Reinigung von durch Kohlevergasung gewonnenem Brenngas für den Einsatz in einer Gasturbinenanlage bestimmt und umfaßt einen Zyklon, durch den der Heißgasstrom geleitet wird, einen Trennring zur Trennung des Heißgasstroms am Auslaß des Zyklons in einen ersten Teilstrom mit einer geringen Teilchenkonzentration und einer hohen Strömungsgeschwindigkeit sowie einen zweiten Teilstrom mit einer hohen Teilchenkonzentration und einer geringen Strömungsgeschwindigkeit, und mindestens einer supraleitende Wicklungen aufweisenden magnetischen Trenneinrichtung, durch welche der erste Teilstrom geleitet wird. Das Brenngas wird dabei zunächst auf eine Temperatur im Bereich von 600-1000°C abgekühlt, bevor es durch Abtrennung der besagten Feststoffteilchen gereinigt wird.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem Rauchgas von darin enthaltenen Partikeln, insbesondere Partikel mit einem Durchmesser kleiner als 5 µm weitestgehend gereinigt werden kann, so daß das Rauchgas in einer Gasturbinenanlage verwendet werden kann. Insbesondere besteht die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe darin, ein Verfahren zu schaffen, mit dem eine Beschädigung einer Gasturbine, die durch Rauchgas aus einer Druckkohlenstaubfeuerung betriebenen wird, trotz der im Rauchgas enthaltenen Partikel weitestgehend verhindert werden kann.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß die Partikel in einem Temperaturbereich, in welchem sie in flüssigem Zustand vorliegen und elektrisch geladen sind, durch Einwirkung eines magnetischen Feldes aus der Strömungsrichtung des Rauchgases abgelenkt werden.

Die erfindungsgemäße Lösung beruht auf der Erkenntnis, daß die im Rauchgas enthaltenen Partikel bei einer Temperatur über dem Aschefließpunkt, also im Temperaturbereich von ca. 1100-1900°C elektrisch geladen sind. Aufgrund der elektrischen Ladung können sie, vergleichbar mit einem Elektronenstrahl in einer Bildröhre, mit einem magnetischen Feld abgelenkt werden und auf diese Weise aus dem Rauchgas entfernt werden. Die so gereinigten Rauchgase können nun in eine Gasturbine geleitet werden, ohne daß es innerhalb der Turbine zu inakzeptablen Ascheanbackungen oder Störungen durch flüssige oder erstarrende Aschepartikel kommt.

Insbesondere können die flüssigen Aschepartikel durch magnetische Felder innerhalb einer Gasturbinenanlage auch so geführt oder abgelenkt werden, daß ein Niederschlagen der Partikel an kritischen Stellen, wie z. B. den Schaufelblättern der Gasturbine verhindert wird.

Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht zudem darin, daß das zu reinigende Rauchgas eine beliebig hohe Temperatur aufweisen kann, so daß einer Gasturbine gereinigtes Rauchgas ohne wesentlichen Temperaturabfall zugeführt werden kann. Auf diese Weise läßt sich der von der Turbineneintrittstemperatur abhängige Wirkungsgrad einer Gasturbinenanlage optimieren.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß die Feldstärke des magnetischen Feldes in bezug auf die Menge, Geometrie und/oder elektrische Leitfähigkeit der Partikel veränderbar eingestellt wird. Auf diese Weise läßt sich die Ablenkung der Partikel den jeweiligen Betriebsbedingungen anpassen, so daß eine optimale Ablenkung bzw. Abscheidung der flüssigen Aschepartikel bei möglichst geringem Energiebedarf für die Erregung des magnetischen Feldes erreicht werden kann.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders für eine kombinierte Gasturbinen- und Dampfkraftanlage, die auch mit festen Brennstoffen betrieben werden kann.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Ausführungs­ beispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen schematisch:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Rauchgaskanals mit einem magnetischen Feld zur Abscheidung von im Rauchgas befindlichen Partikeln und

Fig. 2 ein Schaltbild einer ausschließlich mit festen Brennstoffen befeuerten Gasturbinen- und Dampfkraftanlage mit einer erfindungsgemäßen Reinigung des der Gasturbine zugeführten Rauchgases mit Hilfe von magnetischen Feldern.

In Fig. 1 ist der prinzipielle Aufbau einer Vorrichtung zur Abscheidung von Partikeln aus einem Rauchgasstrom veranschaulicht. Der partikelbeladene Rauchgasstrom, der eine Temperatur im Bereich von ca. 1200-1800°C aufweist, tritt an der linken Seite der Fig. 1 in den Rauchgaskanal 1. Der Rauchgaskanal 1 ist mit einer permanent- und/oder elektromagnetischen Einrichtung ausgestattet, mit der ein elektromagnetisches Feld 2 erzeugt wird. Mit Hilfe des magnetischen Feldes 2 kann die Flugbahn der (von selbst) elektrisch aufgeladenen, flüssigen Aschepartikel so beeinflußt werden, daß diese in einen unkritischen Bereich geleitet werden. In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 3 die Flugbahn eines Aschepartikels schematisch angedeutet. Es ist zu erkennen, daß die flüssigen Aschepartikel zu einer Abscheidestelle 4 in dem Rauchgaskanal 1 abgelenkt werden. Von dieser Stelle 4 können die Aschepartikel kontinuierlich oder zyklisch aus dem Rauchgaskanal 1 entfernt werden. In Fig. 1 ist eine Austragsöffnung 5 gezeigt, über die die nach unten abgelenkten Aschepartikel als abtropfende Flüssigasche 6 aus dem Rauchgaskanal 1 nach unten abgeleitet werden. Das so von den Aschepartikeln gereinigte Rauchgas gelangt anschließend ohne wesentlichen Temperaturabfall in eine Gasturbine.

In Fig. 2 ist ein Schaltbild einer kombinierten Gasturbinen- und Dampfkraftanlage gezeigt, die ausschließlich mit Festbrennstoff 7 befeuert wird. Der Dampferzeuger 8 wird dabei gleichzeitig als Brennkammer für die Gasturbine 9 verwendet.

In dem vom Dampferzeuger 8 zur Gasturbine 9 führenden Rauchgaskanal 1 ist eine Vorrichtung 10 zur Abscheidung der im Rauchgasstrom enthaltenen flüssigen Aschepartikel angeordnet. Diese Reinigungsvorrichtung kann den in Fig. 1 gezeigten Aufbau aufweisen. Die Feldstärke des Magnetfeldes kann dabei in bezug auf die Menge, Geometrie und/oder elektrische Leitfähigkeit der flüssigen Aschepartikel veränderbar eingestellt werden. Mit 11 ist die abgeschiedene Asche bezeichnet.

Alternativ zu den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispielen können die flüssigen Aschepartikel auch durch magnetische Felder innerhalb von Kanälen so geführt oder abgelenkt werden, daß ein Niederschlagen der Partikel an kritischen Bauteilen oder Bereichen, wie etwa den Turbinenschaufeln der Gasturbine, verhindert wird. Beispielsweise können die abgeleiteten flüssigen Aschepartikel mit einer Bypass-Leitung an der Gasturbine vorbeigeführt werden, wobei der abgezweigte partikelbeladene Rauchgasteilstrom zur Vor- und/oder Zwischenaufheizung in einer kombinierten Gasturbinen- und Dampfkraftanlage genutzt werden kann, bevor er einem Elektrofilter zugeführt wird und als so gereinigter Rauchgasstrom über einen Schornstein ausgestoßen wird.

Claims (6)

1. Verfahren zum Ablenken und Abscheiden von in einem Rauchgasstrom enthaltenen Partikeln, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel in einem Temperaturbereich, in welchem sie in flüssigem Zustand vorliegen und elektrisch geladen sind, durch Einwirkung eines magnetischen Feldes (2) aus der Strömungsrichtung des Rauchgases abgelenkt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel zu einer Abscheidestelle (4) oder Austragsöffnung (5) abgelenkt und aus dem Rauchgasstrom entfernt werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Partikel innerhalb des Rauchgasstromes geführt werden, so daß ein Niederschlagen der Partikel an kritischen Stellen, wie etwa den Schaufelblättern einer Gasturbine (9), verhindert wird.

4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldstärke des magnetischen Feldes (2) in bezug auf die Menge, Geometrie und/oder elektrische Leitfähigkeit der Partikel veränderbar eingestellt wird.

5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetische Feld (2) permanent- und/oder elektromagnetisch erregt wird.

6. Anwendung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche bei einer Gasturbinenanlage, die mit Rauchgas aus einem mit festen Brennstoffen (7) befeuerten Dampferzeuger (8) einer Dampfkraftanlage oder Brennkammer betrieben wird.